L’hémodialyse

L’hémodialyse est la méthode la plus répandue pour le traitement des patients qui atteignent de l’insuffisance rénale chronique. Dans ce chapitre, nous décrivons la maladie de l’insuffisance rénale et ses causes principales, puis, nous aborderons la technique la plus répandue pour le traitement de cette maladie, nommé « l’hémodialyse », ensuite, nous citerons des principes utilisés durant cette technique, de la salle de traitement d’eau au générateur qui fait l’épuration sanguine, en citant quand et où on utilise la notion de la conductivité. Historique du système de dialyse: C’est au cours de19ème siècle, en 1861, que le professeur de chimie anglais Thomas Graham met en évidence le phénomène physique de la dialyse et utilise du parchemin végétal comme membrane semi perméable pour mettre au point les premiers prototypes de ce qui va devenir le rein artificiel. Il parviendra par la suite à faire passer l’urée contenue dans l’urine vers de l’eau au travers de cette membrane qu’il nommera par la suite ‘’dialyse’’. Le docteur hollandais Willem Kolff inaugure le tout premier rein artificiel fonctionnel en 1943, quelques années plus tard, celui-ci améliore encore son rein artificiel et met au point une nouvelle génération de dialyseurs pour soigner les soldats blessés lors de la deuxièmes guerre mondiale souffrant d’insuffisance rénale aigue. Les premier centres d’hémodialyse ouvrent leurs portes dans les années 1960 à Seattle aux USA, c’est en 1965 que James Cimino crée les premières fistules artério veineuses. Jusqu’aux années 1970, les avancés de dialyse ne permettent pas de soigner une majorité de malade souffrant d’insuffisance rénale et les médecins sont amenés à choisir qui va vivre et qui va mourir. Ce n’est qu’un peu plus tard que des centres de dialyses ouvrirons leur porte un peu partout dans les pays civilisés et permettrons ainsi de rendre la dialyse accessible à une majorité de malade.

Des nouveaux horizons vers le rein artificiel implantable :

Plusieurs travaux ont apparu visant le traitement des maladies atteint l’IRC. Au début des années 2000, le Dr Shuvo Roy, directeur technique du projet et son équipe, du département de bio-ingénierie et de Sciences thérapeutiques de l’université de Californie à San Francisco ont prouvé que le concept scientifique d’un filtre associé à un bioréacteur fonctionnait et apportait un bénéfice thérapeutique. Ce rein artificiel sera relié aux vaisseaux sanguins, comme un greffon rénal. La membrane d’hémofiltration utilisée ne nécessitera pas d’apport énergétique extérieur. C’est la pression artérielle du patient qui va lui permettre de fonctionner. A l’issue de l’année 2013, ils ont travaillé à la miniaturisation de tous les composants, et notamment de la membrane d’ultrafiltration, en utilisant les nanotechnologies basées sur la silicone. Ils sont parvenus à un prototype de la taille d’une tasse à café, et ils ont fait des tests, qui ont très bien fonctionné, sur de petits animaux, des moutons et des porcs. [7]. L’équipe a reçu en Novembre 2015, un don de 6 millions $ de l’Institut d’imagerie biomédicale et la bio-ingénierie (NIBIB) pour la recherche et le développement. L’équipe, grâce aux bons résultats obtenus, a passé à l’étape des essais cliniques avant la fin de 2017.

Une autre équipe de chercheurs japonais de l’université de Jikei (Tokyo) est parvenue à créer des reins à partir de cellules souches animales et à les faire fonctionner normalement chez des rats et des porcs. Dans leur étude, les scientifiques japonais précisent que rien ne prouve que cette essaie fonctionnerait chez l’humain et qu’un long travail reste à accomplir pour vérifier la validité de cette technique. Figure I.14: Equipe de chercheur japonais en nouveau pas vers fabriquer un rein en laboratoire. Tout au long de ce chapitre nous avons étudié la technique d’hémodialyse. Cette étude nous a permis de comprendre les différents principes utilisés pour assurer la bonne purification du sang des malades qui atteignent de l’IRC. En effet, cette méthode est basée surtout sur le traitement d’eau afin de produire de l’eau dite ultra-pure pour former le dialysat à travers un générateur de dialyse via le dialyseur où les échanges entre le sang et le dialysat s’effectuent. Ainsi nous avons cité l’utilité d’un conductimètre en hémodialyse et son importance dans la vérification de la qualité du perméat et du dialysat. Dans le chapitre qui suit, nous entamerons l’étude de la conductivité des électrolytes et ses différents principes.

Etude pratique du prototype et tests de validation Dans ce chapitre, nous étudierons les différents étages du prototype que nous avons réalisé tout en expliquant les étapes que nous avons suivies pendant la réalisation, avec des schémas et des images jointes. Nous interpréterons et discuterons les résultats et les signaux obtenus. Nous terminerons ce chapitre par des tests de validation de notre dispositif. Source sinusoïdale : Comme oscillateur, nous avons utilisé le circuit intégré XR2206 qui délivre plusieurs formes d’onde (sinusoïdale, carré, triangle, rampe, et les formes d’onde de pouls). Lorsque nous avons besoin d’un signal sinusoïdal comme notre cas, nous avons utilisé la configuration qui nous donne cette forme qui est donnée par le constructeur, (voir Fig.III.3) dans le chapitre précédent. La mesure de la conductivité dans le domaine de dialyse nécessite une amplitude du signal et surtout une fréquence bien déterminée. C’est pour cette raison que nous avons choisi quelques paramètres du schéma d’onde sinusoïdale pour produire un signal d’amplitude 2V et de fréquence de 1 KHz. L’amplitude du signal dépend de la valeur de la résistance câblée entre la borne 3 du circuit XR2206 et la masse. Le test sur la plaque d’essai en utilisant un potentiomètre de 50 KΩ nous a permis de déduire la valeur de la résistance qui nous donne une amplitude 2 V. Cette valeur vaut 23 KΩ. La fréquence du signal dépend de la valeur du condensateur C relié entre les bornes 5 et 6 du circuit XR2206, et de la valeur de la résistance câblée entre la borne 7 et la masse, de sorte que f = 1/RC = 1 KHz. Donc selon cette formule, nous avons choisi R = 100 KΩ et C = 10 nF pour produire un signal de fréquence 1 KHz. La tension d’alimentation du circuit est Vcc = 12 V.

Conclusion générale

L’hémodialyse vise à purifier le sang des malades qui atteignent de l’IRC. En effet, cette méthode est basée surtout sur le traitement d’eau afin de produire de l’eau de haute qualité dite eau ultra-pure pour former le dialysat à travers un générateur de dialyse via un dialyseur où les échanges entre le sang et le dialysat s’effectuent. Pour la vérification de la qualité du perméat (eau ultra pur) et du dialysat (perméat + concentrées), la mesure de la conductivité de ces derniers est indispensable et l’appareil responsable de cette mesure est appelé un conductimètre. La conductivité d’une solution électrolytique est un paramètre d’analyse important, largement utilisé aujourd’hui dans les applications de contrôle de qualité, le principe de mesure de ce paramètre est basé sur l’application d’un courant alternatif aux bornes d’une cellule de mesure, puis, la détection de la tension qui en résulte, et la convertie en une conductivité. La mesure de cette dernière peut être affectée par plusieurs facteurs dont la polarisation, l’effet de champ et la température. Pour minimiser l’effet de ces facteurs, des techniques spécifiques sont conçues à ce type de problème. Dans notre projet de fin d’étude, nous avons pu réaliser une maquette de conductimètre qui est destinée à des mesures de la conductivité en hémodialyse.

Le capteur étant une cellule à deux électrodes en platine plongée dans une solution électrolytique avec une constante de cellule certifiée (K = 1cm-1). En plus d’une alimentation symétrique, notre prototype est dissocié en quatre étages : oscillateur sinusoïdal, chaine de mesure, chaine de détection et l’étage d’affichage. Pour réaliser ces étages, nous avons utilisés plusieurs composants électroniques et des circuits intégrés tels que l’oscillateur sinusoïdal XR2206, le multiplieur analogique AD633 et le pic 16F877A relié à un afficheur LCD pour visualiser la valeur de la conductivité mesurée, ce qui nous a simplifiés considérablement la réalisation. Des tests de validation au niveau de CHU de Tlemcen nous ont confirmé le bon fonctionnement de notre prototype. Le projet est une étape importante dans le cursus universitaire, il nous a permis d’approfondir nos connaissances théoriques en instrumentation biomédicale par la découverte de divers aspects théoriques et pratiques dans le domaine médical et de nouvelles fonctions et principes dans le domaine d’électronique, comme il nous a permis aussi d’acquérir une bonne expérience en ce qui concerne la réalisation pratique.